TW201442292A - 具有整合之螢光粉之晶片 - Google Patents

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Sten Heikman
James Ibbetson
Zhimin Jamie Yao
Fan Zhang
Matthew Donofrio
Christopher P Hussell
John A Edmond
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Abstract

本揭示案係關於發光裝置及其製造方法，包括側面及/或多表面發光裝置。根據本揭示案之具體例包括使用功能層，其可包括與發光體之一或多個部分的偏離距離，以改良功能層在進一步裝置加工期間的穩定性。功能層可進一步包括翼狀部分，從而容許塗布發光體之下側部分來與發射光進一步交互作用；及塗布在功能層上之反射層，以進一步改良光擷取及發光均勻度。亦揭示包括利用虛擬晶圓結構之方法的製造方法。

Description

具有整合之螢光粉之晶片 [相關申請案之交互參照]
本申請案係2013年2月5日提出申請之發證給Christopher P.Hussell等人之美國專利申請案序號13/759,229，標題「無副載具之發光二極體(LED)組件及其製造方法(Submount-Free Light Emitting Diode(LED)Components and Methods of Fabricating Same)」之部分延續並主張其權利，該案包括圖示、圖表、示意圖、曲線圖及相關書面說明以引用的方式全文併入本文。
本文描述與發光裝置(諸如發光二極體(LED)晶片及組件，包括自多個表面及/或側表面發射光之LED晶片)相關的裝置及方法。
基於LED之發光裝置愈來愈常被用於發光/照明應用中，其中一個最終目標係替代普遍存在的白熾燈泡。半導體LED係在對其施加電壓時能夠產生光之普遍知曉的固態發光元件。LED通常包括具有第一及第二對置面之二極體區域，且其中包括n型層、p型層及p-n接面。陽極接點歐姆接觸p型層且陰極接點歐姆接觸n型層。二極體區域可磊晶形成於諸如藍寶石、矽、碳化矽、砷化鎵、氮化鎵等生長基板之基板上，但完成裝置可能不包括基板。二極體區域可例如自基於碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁及/或砷化鎵之材料及/或自 基於有機半導體之材料製造。
LED所發射之顏色或波長主要取決於產生其之材料的 性質，諸如活性區域之能帶隙。LED已經建構來發射在可見光譜中之顏色範圍內的光，包括紅色、黃色、綠色、及藍色。其他LED在電磁光譜之紫外光(UV)範圍中發射。通常期望將螢光粉併入LED中來藉由在所有或一部分來自LED之光發射通過之前將其進行轉換而調整發射光譜。舉例而言，在一些藍色LED中，將一部分藍光「下轉換」成黃光。因此，LED發射藍光及黃光之組合，而產生人眼看來呈白色的光譜。此稱為藍移黃色(BSY)LED裝置。如本文所用，術語「螢光粉」通常用來表示任何光致發光材料。
由於上述問題，將轉換層施加至LED晶片通常係在已 將LED單粒化且隨後結合至諸如PCB之電子元件之後的封裝層級進行。然而，在封裝層級而非晶圓層級施加轉換材料係較低效的製程，因在晶圓層級同時塗布多個LED晶片更為容易且具成本效益。
尤其在具有多個發射表面及/或側發射表面之LED之 情況中，用螢光粉層塗布LED晶片時所產生的一個問題係會有部分LED晶片未經充分塗布，以致一些未經轉換的光未經螢光粉層轉換即自LED晶片逸出。舉例來說，當在晶圓上製造複數個LED晶片時，個別的LED晶片通常係彼此緊密相鄰地製造，有時其間沒有空間。若隨後在將晶圓單粒化成個別LED晶片之前將此等LED晶片塗布螢光粉層，則單粒化後的晶片可能會在LED晶片之特定區域上不具有螢光粉層或具有與在其餘LED晶片上不一致的螢光粉層厚度，例如，靠近單粒化LED晶片之底部側的塗層較薄。在以上論述之BSY LED裝置的情況中，此導致光自某些角度看來呈藍色，導致降低的LED裝置色 彩均勻度。
納入本發明特徵之具體例包括與含有特定功能層配置之包含容許提高發光均勻度之特徵之發光裝置相關的裝置及方法。此等裝置係經功能層材料塗布，該功能層材料可經配置使得發射光在寬廣的視角範圍內看來均勻，例如，經由配置功能層使得自發光體之發射表面發射的光通過實質上相似的功能層厚度。塗布可在裝置製造之「虛擬晶圓」層級步驟施行，且可經配置以與發光體之部分(諸如發光體之接點的一部分)具有一偏離距離，以進一步確保在封裝層級在安裝期間的裝置穩定性，如更詳細說明於下。
功能層可包括任何可與發射光交互作用以影響發射光之一或多個性質(例如，波長、強度及/或方向)的層。功能層可包括許多不同類型的層，包括轉換層(例如，螢光粉層)、濾光層、抗反射層、單晶轉換器層、及光散射層。
上述遍及寬廣視角範圍之均勻發光可以進一步概述於下之許多方式達成，例如，透過在「虛擬晶圓」層級將均勻塗層施用至LED來彌補單粒化方法對功能層之尺寸的效應，及/或藉由形成功能層「翼狀」部分。
在根據本發明之一些具體例中，功能層進一步包括形成「翼狀結構」的擴展橫向部分。此等功能層「翼」在需要改良功能層交互作用之特定區域中增加功能層之表面積，例如，容許自基於LED之發光體之下側部分發射之光有效率地與功能層交互作用。
納入本發明之特徵的一具體例包括一種發光裝置，其包括含有頂部發射表面及至少一個側發射表面的發光體、位在發光體之 表面上的一或多個接點及位在發光體上之功能層，其中該功能層係經配置使得自頂部發射表面及至少一個側發射表面發射之光通過實質上相似的功能層厚度，且其中該功能層與該一或多個接點隔開一偏離距離。
納入本發明之特徵的另一具體例包括一種發光裝置，其 包括發光體、位在發光體之表面上的一或多個接點及位在發光體上之功能層，其中該功能層包括延伸超出發光體之覆蓋區的延伸橫向部分，其中該延伸橫向部分經塗布反射性材料。
納入本發明之特徵的又另一具體例包括一種發光裝 置，其包括含有頂部發射表面及至少一個側發射表面的發光體；位在發光體之表面上的一或多個接點；位在發光體上之功能層，其中該功能層係經配置使得自頂部發射表面及至少一個側發射表面發射之光通過實質上相似的功能層厚度；位在功能層上之第一效用層及位在第一效用層上之第二效用層。
納入本發明之特徵的又另一具體例包括一種製造發光 裝置之方法，其中該方法包括以下步驟：提供黏著層，將發光體壓入黏著層中以產生一功能層偏離距離，將發光體塗布功能層材料及使發光體自黏著層釋放。
熟悉技藝人士由以下實施方式結合附圖當可明白本發明之此等及其他進一步特徵及優勢，其中類似的元件編號指示圖中之對應部件，其中：
100‧‧‧發光裝置
102‧‧‧發光體
104‧‧‧頂表面
105‧‧‧底表面
106‧‧‧側表面
108‧‧‧功能層
110‧‧‧功能層翼
112‧‧‧偏離距離
114‧‧‧接點
116‧‧‧反射器
200‧‧‧發光裝置
202‧‧‧封裝基板
302‧‧‧黏著劑
304‧‧‧載體晶圓
306‧‧‧紫外光(UV)黏著劑
308‧‧‧熱釋放黏著劑
310‧‧‧基於膠帶之膜層
312‧‧‧發光體
314‧‧‧接點
320‧‧‧功能層
322‧‧‧橫向犧牲距離部分
330‧‧‧功能層翼
332‧‧‧功能層翼
340‧‧‧黏著支撐層
342‧‧‧偏離距離
344‧‧‧偏離距離
346‧‧‧發光體312之底表面
400‧‧‧發光裝置
402‧‧‧第一效用層
404‧‧‧聚矽氧側壁
500‧‧‧發光裝置
502‧‧‧第二效用層
600‧‧‧經剛性框架支撐之虛擬晶圓
602‧‧‧剛性框架
604‧‧‧發光體
606‧‧‧功能層
608‧‧‧聚矽氧效用層
700‧‧‧虛擬晶圓
702‧‧‧透明聚矽氧效用結構
704‧‧‧剛性框架
706‧‧‧中間薄膜
800‧‧‧發光裝置
802‧‧‧發光體
804‧‧‧功能層
806‧‧‧功能層翼
808‧‧‧接點
810‧‧‧反射器
812‧‧‧第一效用層
814‧‧‧金屬跡線
816‧‧‧PCB
818‧‧‧連接材料
820‧‧‧第二反射器
900‧‧‧發光裝置
902‧‧‧接點
904‧‧‧第二反射器層
1000‧‧‧發光裝置
1002‧‧‧功能層
1004‧‧‧功能層翼
1100‧‧‧發光裝置
1102‧‧‧發光體
1104‧‧‧功能層
1106‧‧‧功能層翼
1108‧‧‧接點
1110‧‧‧反射器
1112‧‧‧效用層
1116‧‧‧第二反射器
1118‧‧‧黏著元件
1200‧‧‧發光裝置
1202‧‧‧PCB
1204‧‧‧金屬跡線
圖1係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖2係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖； 圖3A至3F顯示納入本發明特徵之發光裝置的製造方法；圖4係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖5係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖6係納入本發明特徵之發光裝置的截面圖；圖7係納入本發明特徵之發光裝置的俯視透視圖；圖8係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖9係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖10係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；圖11係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖；及圖12係納入本發明特徵之發光裝置的前視截面圖。
本揭示內容現將闡述各種具體例的詳細說明。此等具體例提供關於發光裝置(諸如各種發光體、LED晶片、LED晶圓、LED組件)的方法及裝置及其製造方法。納入本發明特徵之具體例容許有效率地塗布LED晶片以改良色彩均勻度。
在納入本發明特徵之一些具體例中，發光體(諸如LED晶片)具有經配置成使由發光體所發射光之顏色及強度在寬廣視角範圍內實質上均勻的功能層塗層，例如，經由配置功能層使得自發光體之發射表面發射之光通過實質上相似之功能層厚度。在根據本發明之一些具體例中，功能層包括形成功能層「翼」之擴展橫向部分，其容許自發光體之特定部分(例如，發光體之下側部分)發射之光更有效率地與功能層交互作用。舉例來說，在利用如前所述之BSY配置操作的白色發光LED晶片中，可有更多發射藍光與螢光粉轉換層交互作用且在 LED晶片之底側區域將不會發生藍光「洩漏」。
根據本揭示案之具體例可容許側面及/或多表面發射 發光體於「虛擬晶圓」或陣列層級有效率地經塗布。通常，側面發射LED晶片係如以上所論述在封裝層級經塗布。經由提供功能層及如下文所論述利用足夠的發光體間距，可有效率地單粒化個別的發光體，以致殘留一部分功能層，從而容許個別發光體包括充分地經功能層塗布的下側發射表面。功能層可包括介於功能層與發光體接點之底部之間的一偏離距離，諸如一垂直偏離距離。此偏離距離藉由防止功能層透過安裝過程期間的熱膨脹與封裝基板交互作用而有助於確保穩固的晶片安裝。
納入本發明特徵之具體例亦可包括各種結構來改良發 光體陣列(諸如LED晶片陣列)在製程期間的穩定性，諸如額外的黏著劑及/或包括聚矽氧支撐件、玻璃支撐件及/或框架結構的虛擬晶圓。
根據本揭示案之發光體組件的一些具體例利用反射性 材料(諸如白色漫射漆或塗料)連同轉換材料翼來進一步改良光擷取及發射均勻度。
在隨後的說明中，闡述許多細節來提供本發明之徹底瞭 解。熟悉技藝人士當明瞭可變化此等特定細節，同時仍達成本發明之結果。通常未詳細描述熟知元件及加工步驟以避免不必要地混淆本發明之說明。
文中參照示意說明本發明具體例之圖解說明來描述本 發明之具體例。因此，實際的尺寸、組件及特徵可能不同，且可預期由於(例如)技術能力、製造技術及/或公差所致之與圖解說明形狀的變化。本發明之具體例不應解釋為受限於文中圖解說明區域之特定形狀 或組件，而係應包括由(例如)製造或技術可利用性所致之形狀/組件的偏差。圖中所繪示之區域係為示意性且其形狀不欲繪示裝置特徵之精確形狀或功能性且不欲限制本發明之範疇。此外，組件可經顯示為一個單元，但亦可替代地為組件或單元之集合，或組件或單元之集合可作為一個單元存在。
在此通篇說明中，應將所說明之較佳具體例及實例視為 範例，而非對本發明之限制。如文中所用，術語「發明」、「裝置」、「方法」、「本發明」、「本裝置」或「本方法」係指文中所述本發明具體例中之任一者及任何等效物。此外，在通篇文件中提及「發明」、「裝置」、「方法」、「本發明」、「本裝置」或「本方法」之各種特徵並非意指所有主張具體例或方法皆必需包括所提及特徵。
亦應明瞭當提及一元件或特徵「位在」另一元件或特徵 「上」或「鄰接」另一元件或特徵時，其可直接位在該另一元件或特徵上或鄰接該另一元件或特徵，或亦可存在***的元件或特徵。亦應明瞭當提及一元件「連接」或「偶合」至另一元件時，其可直接連接或偶合至該另一元件或可存在***元件。相對地，當提及一元件「直接連接」或「直接偶合」至另一元件時，不存在***元件。
文中可能使用諸如「外部」、「之上」、「下方」、「之下」、 「水平」、「垂直」及類似術語之相對術語來描述一特徵與另一特徵之關係。應明瞭此等術語意欲涵蓋除圖中描繪取向外的不同取向。
雖然文中可能使用術語第一、第二等來描述各種元件或 組件，但此等元件或組件不應受此等術語限制。此等術語僅用來區別一元件或組件與另一元件或組件。因此，以下論述之第一元件或組件可稱為第二元件或組件，而不脫離本發明之教示。如文中所用，術語 「及/或」包括相關列舉項目之任一者及一或多者之所有組合。
文中所用之術語僅係用來描述特定具體例而非意欲限 制本發明。如文中所用，除非前後文清楚地另作指示，否則單數形式「一」、「一個」、及「該」亦意欲包括複數形式。當進一步明瞭在文中使用術語「包括」、「包含」時，其指示存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、及/或其群組。
應注意術語「層」及「多個層」在全篇申請案中係可互換使用。熟悉技藝人士當明瞭單「層」材料實際上可包括若干個個別層的材料。同樣地，若干「層」材料可在功能上視為單一層。換言之，術語「層」並非指示均質的材料層。單一「層」可包含位於子層中之不同材料濃度及組成物。此等子層可於單一形成步驟或多個步驟中形成。除非另有明確陳述，否則不欲藉由將元件描述為包含一「層」或「若干層」材料而將本發明之範疇限制為在申請專利範圍中具體實施。
根據本揭示案之發光體可包括各種發光裝置，例如，固態發光體諸如LED，但應明瞭其他發光裝置亦可利用本揭示案之特徵。圖1繪示發光裝置100，其包括可自其頂表面104、底表面105及側表面106發射之發光體102。側表面106可包括發光體之傾斜或成角度的側壁部分。納入本揭示案之特徵的具體例可利用許多類型的發光體，包括任何側面及/或多表面發射之LED晶片。該等LED晶片之實例記述於發證給Donofrio等人且受讓給Cree,Inc.之美國專利第8,368,100號中，該案全文以引用的方式併入本文。
發光體102可經塗布一或多個功能層108。功能層108可經配置以覆蓋發光體102之各個部分。在一些具體例中，發光體102 之所有表面皆經覆蓋。在其他具體例中，發光體102除底部外的所有表面經覆蓋。如前所述，功能層108可與自發光體102發射之光交互作用以影響發射光之性質，例如，色彩、強度及/或方向。如前所述，功能層108可包括許多不同類型的層，包括轉換層、過濾層、抗反射層、單晶轉換器層、及光散射層。
在發光裝置100之一些具體例中，功能層108包括波長轉換層，其包含諸如環氧、聚矽氧或聚矽氧基材料等黏合劑材料且包含螢光粉顆粒。此一波長轉換層將自發光體102所發射之一部分光轉換為不同波長，此係技藝中已知之過程。此過程之一實例係將一部分來自發光體(諸如LED晶片)之藍色發射光轉換為黃光。釔鋁石榴石(YAG)係可使用之常用螢光粉的一實例。
在一些具體例中，螢光粉顆粒包含單獨或呈組合形式的許多不同組成物及螢光粉材料。在一具體例中，單晶螢光粉可包含釔鋁石榴石(YAG，化學式為Y3Al5O12)。YAG主體可與其他化合物組合以獲致期望的發射波長。在單晶螢光粉吸收藍光且再發射黃光之一具體例中，該單晶螢光粉可包含YAG：Ce。此具體例尤其適用於發射藍光及黃光之白光組合的發光體。使用由基於(Gd,Y)3(Al,Ga)5O12：Ce系統之螢光粉(其包括Y3Al5O12：Ce(YAG))製成之轉換顆粒可獲得完整範圍的寬廣黃色光譜發射。其他可用於白色發光LED晶片之黃色螢光粉包括：Tb3-xRExO12：Ce(TAG)；RE=Y、Gd、La、Lu；及/或Sr2-x-yBaxCaySiO4：Eu。
在其他具體例中，可使用利用YAG主體來吸收及再發 射不同波長光的其他化合物。舉例來說，可提供YAG：Nb單晶螢光粉來吸收藍光及再發射紅光。亦可組合第一及第二螢光粉來獲得較高CRI白光(即暖白光)，其中將以上的黃色螢光粉與紅色螢光粉組合。可使用各種紅色螢光粉，包括：SrxCa1-xS：Eu,Y；Y=鹵化物；CaSiAlN3：Eu；或Sr2-yCaySiO4：Eu。
可使用其他螢光粉藉由將實質上所有光轉換為特定顏色而產生飽和色彩發射。舉例來說，可使用以下螢光粉來產生綠色飽和光：SrGa2S4：Eu；Sr2-yBaySiO4：Eu；或SrSi2O2N2：Eu。
以下列示一些可使用作為轉換顆粒之額外適合的螢光粉，但亦可使用其他螢光粉。各者在藍色及/或UV發射光譜中展現激發，提供期望的峰值發射，具有有效率的光轉換：黃色/綠色(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu2+
Ba2(Mg,Zn)Si2O7Eu2+
Gd0.46Sr0.31Al1.23OxF1.38：Eu2+ 0.06
(Ba1-x-ySrxCay)SiO4：Eu
Ba2SiO4=Eu2+紅色Lu2O3=Eu3+
(Sr2-xLax)(Cei_xEux)O4
Sr2C1-xEuxO4
SrTiO3：Pr3+,Ga3+
CaAlSiN3IEu2+
Sr2Si5N8=Eu2+
在一些具體例中，功能層108包含光散射層，其包含如以上所論述之黏合劑材料及光散射顆粒，例如氧化鈦顆粒。在一些具體例中，功能層108包含用來改變功能層108之折射率的材料。在一些具體例中，功能層包含文中所述之一或多種類型功能層的組合(例如，波長轉換層及散射或折射率改變層)。
在一些具體例中，功能層108與發光體102交互作用，以致發光體102發射白光。納入本發明特徵之具體例包括在封裝之前，例如，在將LED晶片接合至其他電子元件(諸如印刷電路板(PCB))之前在虛擬晶圓層級進行螢光粉塗布及色彩分選(color binning)的方法。當設計作為白色發光LED晶片的發光體時，基於色彩均勻度的目的，可有效地將LED晶片之所有發射面塗布轉換層。
再次參照圖1，為達成以上的均勻度，根據本揭示案之具體例包含可塗布發光體102之所有經暴露(即未經反射器或其他特徵覆蓋)發光側的功能層。功能層108可塗布發光體102，以致自發光裝置100發射之光的色彩及強度在整個寬廣視角範圍內均勻，例如，經由設置功能層以致自發光表面發射之光通過實質上相似的功能層厚度。提供此功能層塗層之方法進一步論述於下文。
一些具體例進一步包括橫向延伸超過發光體102之覆蓋區的功能層「翼」110，因此導致功能層108相對於發光體102形成一 延伸橫向的部分。此等功能層翼110可設置於功能層之一或多個區域，以提供使發射光通過的額外表面積，例如，靠近發光體102之一或多個下方側。
在設計功能層108時，可有利地在功能層108(或功能層之一特定部分，諸如在包含翼之具體例中之翼110)與發光裝置之另一部分(例如，接點114之底部)之間具有一經良好控制的偏離距離112。 此偏離距離可包括介於功能層108與另一層或結構之間的空間，其中該空間不含***層或其他裝置元件。在將發光體102安裝至封裝基板或電子元件(諸如PCB)期間，功能層108熱膨脹且可能些微向下彎曲。 若偏離距離112過小，則功能層108之熱變形會使發光體102脫離基板或電子元件，而阻止接點114與基板或電子元件形成充分接合。在一些情況中，功能層108與封裝基板或電子元件(諸如PCB)之間的空間由於由焊料或傳導性環氧樹脂所形成之粗接合線而相當大。在此等情況中，無需具有偏離，且偏離距離112可為零或甚至負值。
然而，若上述偏離距離112過大，則自發光體102發射之光可於發光體102之底表面處逸出，且將不會充分地與功能層108交互作用。在其中自發光體102發射之光經功能層108轉換之具體例中，此會導致自發光裝置100發射之色彩的總體不均勻。在一些具體例中，偏離距離112係介於5及20微米之間。在其他具體例中，偏離距離112係介於10及30微米之間。應明瞭雖然文中說明介於功能層108與接點114之底部之間的「垂直」偏離距離，但根據本揭示案之方法及裝置可利用裝置設計及操作所需之其他偏離距離的建立，例如，介於功能層108或功能層翼110與接點114之頂部或發光體102之一部分之間的偏離。
發光裝置100亦可包含反射器116。可使用許多不同的反射器，包括包含銀的反射鏡層、漫反射器(諸如包含反射性白色之材料)、及薄膜反射器(諸如金屬或介電層)。在一些具體例中，反射器116係設置在發光體102之未被功能層108覆蓋的一部分上。
納入本發明特徵之發光裝置亦可作為整合至其他電子裝置中之組件製造。圖2顯示類似於上圖1中之發光裝置100的發光裝置200，其中使用相似的元件編號來指示相似特徵。發光裝置200包括發光體102、功能層108(其又可包括功能層翼110)、接點114及反射器116。發光裝置200係連接至封裝基板202，該封裝基板可包括電子元件，例如PCB。如可於圖2中所見，介於功能層翼110與接點114之間的偏離距離112容許功能層108發生一些變形，而不損及發光裝置200與封裝基板202之間的連接。
現將說明以上所論述之發光裝置的製造方法。圖3A-3F描繪用根據本揭示案之功能層塗布發光體之方法的步驟。在圖3A中，將黏著劑302(諸如基於膠帶之黏著劑)沈積及/或層壓於載體晶圓304(例如，技藝中常用於安裝LED晶片之基板，諸如藍寶石或碳化矽基板)上。此容許形成LED晶粒之陣列可沈積於其上的「虛擬晶圓」。 應明瞭載體晶圓之使用係視情況而定且其提供改良陣列之結構完整性的優勢。可利用圖3A-3F中所記述之方法，單獨利用堅固且結構穩定的黏著劑組態。以下概述其他利用其他類型「虛擬晶圓」之進一步具體例。
在一些具體例中，黏著層302可包括多個黏著層或其他有利於黏著層302之黏著及釋放性質的組態。在一些具體例中，黏著層302可包括面朝上的紫外光(UV)黏著劑306及位在黏著層302之底 部或內部的熱釋放黏著劑308。在一些具體例中，UV黏著劑306係藉由一或多個基於膠帶之膜層310連接至熱黏著劑308。黏著層302可係單一的膠帶或層壓於彼此之上之膠帶的堆疊。UV黏著劑係當暴露至輻射自UV光譜之光時改變其黏著性質的任何黏著劑，例如，當暴露至UV光時將釋放的黏著劑。熱黏著劑係當暴露至溫度變化時改變其黏著性質的任何黏著劑，例如熱釋放黏著劑。
可配合根據本揭示案之方法使用之一實例性黏著層302組態係在Nitto Denko 31950E ®熱釋放膠帶之頂部利用Denka UDT-1010W ® UV膠帶。替代UV黏著劑306，可結合熱黏著劑308利用任何可容易移除或可變得容易移除之耐熱性黏著劑來提供類似的黏著層302組態。
於將黏著層302沈積於載體基板304上之後，將一或多個包括接點314之發光體312(顯示發光體之陣列)置於黏著層302上。 圖3B繪示經由對發光體312之頂部施加均勻壓力及/或經由加熱發光體312及/或載體晶圓304將發光體312壓入至黏著層302中。此將發光體312壓入至黏著層302中之步驟在功能層與稍後在製程中形成之接點底部之間產生一偏離距離。在一些具體例中，可將發光體312壓入黏著層302中約5-20微米，以產生相應的功能層翼偏離。在其他具體例中，可將發光體312壓入黏著層302中約1-5微米，以足以確保接點314在整個製程中保持潔淨，而不會被功能層塗布。施壓條件的一實例係在晶圓接合工具中於120℃下進行施壓，且在4英吋直徑晶圓上方利用30磅之力。於完成施壓後，可例如，藉由將UV黏著劑306暴露至UV光使黏著層302固化。此可防止UV黏著劑於後續的高溫製程期間降解。
陣列中之個別發光體312應適當地間隔開，以致在單粒化期間，發光體312可保留其側面塗布功能層之顯著部分，例如，來產生功能層翼。在一些具體例中，此期望間隔係等於期望翼尺寸的兩倍。在一些具體例中，發光體312之間的間隔係經計算，以致個別的LED晶粒經足夠的轉換材料隔開，其中部分的功能層在單粒化期間「犧牲」且被移除，使得各LED晶粒即使於移除功能層之犧牲橫向部分後仍具有足夠的側面功能層部分。
如圖3C所示，隨後將黏著層302上之發光體陣列312塗布功能層320。發光體陣列312可利用技藝中已知之任何功能層塗布方法塗布，例如，電泳沈積、板印刷(stencil printing)、旋塗或噴塗等。 功能層320可係如圖3C所繪之仿形塗層，在此情況，可利用透過噴霧的塗布應用。在噴霧時，通常將溶劑添加至功能層材料以調整混合物黏度。在一些具體例中，將功能層材料塗布於發光體312上，以致形成在所有塗布側上具有大致相等厚度之功能層。可加熱發光體312及其他表面以在功能層材料混合物沈積時自其中移除溶劑。加熱亦有「快速固化」功能層材料，防止其沿發光體312之側面向下流動，因此可維持均勻塗層厚度的好處。
可於噴霧操作期間將載體晶圓304置於加熱平台上，且可將平台溫度維持於期望溫度。在一些具體例中，此期望溫度係在100-170℃範圍內。功能層320亦可為非仿形，例如，具有大致平坦頂部，在晶粒之間比在發光體之頂部具有更厚塗層的層。在此情況，可將轉換材料分配於陣列之上，且不需要基板加熱。
於沈積功能層320之後，可接著將發光體312陣列單粒化，如圖3D所顯示。在一些具體例中，發光體312陣列係透過諸如切 割機之機械方式單粒化。因雷射切割會使聚矽氧黏合劑燒焦且導致吸收損耗，故機械切割機具有優於雷射切割的優勢。其他技藝中已知之單粒化方法亦可接受。在一些具體例中，利用噴水式切割作為另一種可能的單粒化方法。如圖3D所示，移除功能層320之橫向犧牲距離部分322且可形成功能層翼330。亦如圖3D所描繪，功能層翼330之比例不同於另一功能層翼332。在一些具體例中，功能層翼之間的比例係相同或幾近相同。
如圖3E所示，使發光體312陣列及黏著層302自載體晶圓釋放。在利用UV黏著劑306及熱釋放黏著劑308之具體例中，發光體之釋放可藉由加熱載體晶圓以活化熱釋放黏著劑308之熱釋放特徵來進行。熱釋放黏著劑308可選自使釋放溫度高於先前步驟(包括圖3B所示之將發光體312壓入UV黏著劑306中之製程及圖3C所示之轉換器塗布製程)中所採用之任何溫度的材料。熱釋放溫度亦可經選擇為較低，以防止UV黏著劑306降解至在發光體312上留下不期望殘留物的點。在一些具體例中，釋放溫度係在170-230℃之範圍內。
經單粒化之發光體312隨後可視需要經受功能性及諸如色點之操作性因素的測試。圖3F顯示經轉移至新的黏著支撐層340的發光體312陣列，以致接點314經暴露且發光體312可經電探測，且可自發光體底部收集光發射數據。亦如圖3F中清楚顯示，介於由製程所產生之各別功能層翼330、332之間的偏離距離342、344可經組態，以致發光體312之表面(在此情況為底表面346)保留未經功能層320覆蓋。在一些具體例中，功能層320塗布底表面346。
上述方法容許除如通常在先前技藝中進行之功能層塗布之封裝層級外，在晶圓或晶片層級用功能層有效率地塗布發光體。 該等塗布方法之一優點係可在安裝至電子元件(諸如PCB)之前製造及塗布個別發光體，及因此作為預塗布部件銷售以使用在該等裝置中。 另外，可同時塗布發光體之大陣列，從而提高製造效率及節約時間及成本。
黏著層亦可具有提供各種益處之額外層，該等益處包括(但不限於)提供結構支撐、提供光均勻度及光擷取之改良及提供可影響發射光之性質及方向的似鏡片品質。圖4顯示類似於上圖1中之發光裝置100的發光裝置400，其中使用相似的元件編號來指示相似特徵。 發光裝置400包括發光體102、功能層108(其又可包括功能層翼110)、接點114及反射器116。圖4亦顯示添加於功能層108之頂部的第一效用層402。如同以上論述的載體基板及/或黏著條帶具體例，第一效用層402可於發光體102陣列經單粒化之前的製程期間增加其之機械穩定性，從而提供「虛擬晶圓」。第一效用層可包括諸如環氧、樹脂、聚矽氧及聚矽氧基材料之各種材料。第一效用層亦可經組態以具有多種其他有用的用途，例如，第一效用層402可具有改良光擷取或環境保護之特徵。
第一效用層402容許在所述圖3C中描繪之步驟之後的替代製程流程，其中將功能層施加至發光體陣列，接著將第一效用層添加於功能層上，進一步塗布發光體陣列及使一或多個發光體連接在一起。接著將發光體陣列自載體移除且將黏著層自背側移除。此產生藉由轉換器材料及第一效用層固持在一起之發光體之「虛擬晶圓」。虛擬晶圓可如同晶圓探針儀上之一般晶圓經探測，且若探針儀自發光體之相對側收集光，則可使用所收集之光強度及色點來組織及評估經單粒化之發光體。在一些具體例中，第一效用層402可為透明、清澈或 半透明，此容許第一效用層402在前述圖3D中描繪之單粒化步驟之後保留在發光體102上，因光可以最小干擾通過第一效用層402。在一些具體例中，第一效用層可為透明聚矽氧。
在利用由聚矽氧製成之第一效用層402之具體例中，發光裝置400之聚矽氧側壁404有時在單粒化之後由於所利用之切割製程而具有特定粗糙度。側壁粗糙度可能潛在地具有負面性能效應，諸如不一致的色點、較大的顏色分布(color spread)、不對稱的遠場發射圖案等。一種減少側壁粗糙度的方法係使用單粒化後化學蝕刻製程，例如將部件暴露至稀釋的聚矽氧剝離劑(諸如購自RPM Technology LLC之polygone 505®)歷時5~30秒。另一種減少側壁粗糙度之方法係將一薄層的聚矽氧再塗布於表面上。此可藉由將發光裝置400暴露至經薄化的聚矽氧(例如，與鄰二甲苯混合之聚矽氧)，隨後再藉由將壓縮乾燥空氣之高速度流引導於發光裝置400以移除過量的未固化聚矽氧來達成。可進一步利用最終的烘箱烘烤來固化聚矽氧薄塗層。
虛擬晶圓可能會由於第一效用層材料在高溫固化後之冷卻期間的收縮而經受一些機械扭曲。若此扭曲引起探測及/或單粒化期間的問題，則可實施圖5中描繪之具體例。圖5顯示類似於前述圖4中之發光裝置400的發光裝置500，其中使用相似的元件編號來指示相似的特徵。發光裝置500包括發光體102、功能層108(其又可包括功能層翼110)、接點114、反射器116及添加於功能層108之頂部的第一效用層402。
發光裝置500亦進一步包括第二效用層502，其可，例如，在以上論述之替代製程步驟期間添加於第一效用層上。可將各種材料利用於第二效用層502，包括任何的至少部分透明材料、至少部分 光學清澈材料及/或至少部分光學半透明材料。一些實例性材料包括如前述參照第一效用層所論述之材料，其中彼等材料通常比針對第一效用層402所選擇者更剛硬。在一些具體例中，第二效用層502包括玻璃層，例如，玻璃虛擬晶圓。在一些具體例中，第二效用層502包括玻璃，同時第一效用層402包括矽。在其他具體例中，第二效用層502包括塑膠或聚矽氧。第二效用層502增加虛擬晶圓之機械穩定性，且其防止收縮及扭曲。
第一效用層402及第二效用層502之折射率可相同，或其可不同。在具體例中，其中第一效用層402與第二效用層502之間的折射率不同，任一層可包括光擷取增進元件(例如，粗糙表面)，來輔助發射光線轉移通過層。
第一效用層402及第二效用層502兩者亦可針對各種有利用途經成形或以其他方式改變，例如，以作為可利用來改良光擷取及經成形且控制發射光線之性質及方向的各種鏡片。第二效用層502可於裝置製造期間在單粒化步驟之前、期間或之後成形。在一些具體例中，第一效用層402及/或第二效用層502可係已包含期望形狀之預形成結構，且可包括可與LED陣列對準之特徵及/或可包括可增進虛擬晶圓之形狀及穩定性的特徵。第一效用層402及第二效用層502亦可藉由在形成該等層時應用模具而同時成形。
可利用各種製程來成形第一及第二效用層402、502，例如，可於單粒化期間透過機械製程(例如，尖頭鋸刀(pointed saw blade))及/或透過模塑製程及/或如以上所論述之化學、雷射或噴水式蝕刻來蝕刻效用層402、502。第二效用層502亦可以相當多樣的方式成形，以產生各種期望的發射型態而不實質地影響下方之第一效用層402。
一些第一及第二效用層402、502可包含的實例形狀包括，但不限於：立方形、球形或半球形、規則多邊形、曲面形狀及子彈形狀。在一些具體例中，於第二效用層502中形成有角度的側表面。 在一些具體例中，於第二效用層502中形成一或多個粗糙表面。各種形狀之其他實例及該等形狀之優點詳細記述於美國專利申請案序號13/649,052及13/649,067中(兩案皆係亦受讓給Cree,Inc.，其包括圖示、圖表、示意圖、曲線圖及相關書面說明以引用的方式全文併入本文)。
第一效用層402亦可包括添加至虛擬晶圓之剛性框架結構。此剛性框架具體例可在第二效用層502之外或替代第二效用層502與聚矽氧虛擬晶圓共同使用。此概念說明於圖6，其描繪經剛性框架支撐之虛擬晶圓600，其包括剛性框架602、發光體604之陣列、功能層606及聚矽氧效用層608。框架602可由任何非可撓性材料(例如，剛性塑膠、金屬或FR4)製成。
參照圖3A-3F中之製程順序，在圖3A中描繪之步驟中將框架置於黏著層302之頂部，使得框架包圍發光體312陣列。於圖3B中描繪之施壓步驟後，添加功能層塗層320及聚矽氧效用塗層且使虛擬晶圓自載體晶圓304釋放。此時，發光體陣列、轉換器及透明聚矽氧形成邊緣由框架固持且無法經由收縮扭曲的薄膜。應瞭解雖然揭示聚矽氧作為可與框架結構共同使用之可能的效用層，但亦可使用包括其他材料的效用層。
圖7顯示另一剛性框架結構之視圖。圖7顯示包括支撐如上圖6中所描繪之發光體陣列之透明聚矽氧效用結構702及剛性框架704的虛擬晶圓700。圖7亦顯示介於聚矽氧效用結構702與剛性框 架704之間之中間薄膜706。此中間薄膜706可在聚矽氧效用結構702與剛性框架704之間提供額外支撐且可改良對準公差。舉例來說，當將框架置於虛擬晶圓上時，可利用框架與晶粒陣列之間之一些空間，因此對準過程無需相當精確。
如前所述，根據本揭示案之發光裝置可進一步連接至組件基板，諸如包括PCB之基板。在一些發光裝置中，使發光裝置連接至組件基板之金屬跡線通常包括將連接材料(例如，導電性安裝材料、焊料、助熔劑或傳導性環氧樹脂)施用至金屬跡線。因此，介於發光體與金屬跡線之間之接合線相當細(<10微米)，且轉換器翼與封裝底面之間的偏離距離相應地細。
在其他發光裝置中，可應用不同的連接方法來將發光體連接至封裝基板。利用一種方法，首先將連接材料印刷或分配於諸如PCB之封裝基板上，接著放置發光體，使其接點與焊料糊劑接觸，及最後在組合件移動通過回焊烘箱時使焊料糊劑熔融。最終焊料線厚度主要取決於焊料糊劑之厚度，且通常在20-150微米範圍內。因此，功能層與PCB之間的垂直偏離甚大於較細的接合線發光體，且此對於較粗的接合線發光體產生與具有較細的接合線者不同的期望特徵。由於聚矽氧膨脹及功能部分(諸如翼)彎曲所致之發光體安裝失敗，其在較粗的接合線發光體中由於接觸發光體之固有的大偏離而較不成顧慮。然而，例如，在白色發光裝置之情況中，理想上應使經由功能層底部逸出發光體之藍光最小化，否則會導致總體色彩均勻度、不受控制的色點、及/或低效率。
圖8繪示另一具體例之發光裝置800，其提出以上問題的解決辦法。發光裝置800包括發光體802、功能層804(其可包括功 能層翼806)、接點808、反射器810及第一效用層812。發光裝置800係經顯示為藉由連接材料818安裝至PCB 816之金屬跡線814。該結構與前述圖4中所描繪之發光體具體例相似，僅除了可提供與功能層之一部分接觸的第二反射器820(諸如漫反射器，例如，白色塗層或漆)。在所示之具體例中，第二反射器820係設置在功能層翼之底側上，與反射器接點808重疊。
第二反射器820反射來自發光體802之光，使經由功能層804之底部離開的光減至最少。第二反射器820反射光的程度取決於其厚度及第二反射器820之材料性質。在一些具體例中，第二反射器包括具有20微米-100微米厚度之白漆，且該白漆係由位在低折射率聚合物內之高負載量的高折射率顆粒所組成。該聚合物可具有最小的光吸收且在發光裝置800之壽命期間內保持光學穩定。應明瞭可使用許多不同的第二反射器來替代漫反射器或在其之外使用，其諸如白漆，例如，薄膜反射器，諸如金屬或介電層。與前述圖4中論述之發光體具體例相似，發光裝置800亦可包括位於頂部之玻璃晶圓，以改良機械穩定性且使加工及測試期間之處理容易。
一種製造圖8中之發光裝置800的方法係與製造前述圖4中之發光裝置400的方法相似。在使虛擬晶圓(包括發光體、功能層及效用層)自載體晶圓釋放且移除黏著層之製程期間點上，透過網印或另一選擇性面積沈積技術將第二反射器820(諸如白漆)施加至虛擬晶圓之背側。由於白漆施用理想上係與發光體802之接點808或與反射器810對準，且此對準可能未達理想，為作補償，白漆區域可能與反射器810及接點808稍微重疊，以確保沒有光在反射器810之邊緣與白漆之間逸出。
文中論述另一種納入本揭示案特徵之施用第二反射器820之方法。圖9繪示類似於上述之發光裝置800之另一具體例的發光裝置900，其中使用相似的元件編號來指示相似特徵。發光裝置900包括發光體802、功能層804(其可包括功能層翼806)、反射器810、及效用層812。發光裝置800係經顯示為藉由連接材料818安裝至PCB 816之金屬跡線814。然而，發光裝置900包括較厚的接點902(其可，例如，在20-100微米範圍內)及較厚的第二反射器層904(例如較厚的白漆層)。
第二反射器層904可藉由在將發光體陣列置於黏著層上之前先將白漆之毯覆層置於黏著層上而形成。趁白漆仍然濕或軟時，將發光體置於漆-黏著層載體堆疊上，然後壓入漆中(如前述圖3B中論述)。漆因此經發光體接點推壓在一旁，從而容許接點與黏著層接觸(或幾近接觸)。在製程中的後續點，當虛擬晶圓自載體釋放且移除黏著層時，發光體接點可自底部暴露，可能仍有少量白漆殘留於其上。此殘留物可(例如)藉由機械方式，諸如藉由研磨、拋光或摩擦，或藉由化學機械方式，諸如使用緩慢溶解漆之聚合物黏合劑的化學物質拋光或摩擦，或藉由電漿蝕刻來移除。
圖10繪示類似於上述之發光裝置900之另一具體例的發光裝置1000，其中使用相似的元件編號來指示相似特徵。發光裝置1000包括發光體802、功能層804、反射器810、及效用層812。發光裝置1000係經顯示為藉由焊料糊劑818安裝至PCB 816之金屬跡線814。與上圖9相似，接點902相當厚，在20-100微米範圍內。
不同於以上的發光裝置900，發光裝置1000不包括位在功能層之底部用來反射光的第二反射器。替代地，發光裝置1000之幾 何形狀係使得並非發光體802之所有部分皆經反射器810覆蓋或接點902係經較厚的功能層1002塗布(包括發光體之底部角落)，從而形成功能層翼1004。此確保沒有過多自發光體802發射之光洩漏且不受功能層1002影響。此具體例係以與前述圖4中之發光裝置400相同的方式製造，僅除了圖10中之發光體802具有較厚的接點902。
在迄今為止提及之發光裝置的具體例中，效用層包封(例如，透明聚矽氧或透明聚矽氧及玻璃)及/或功能層僅附接至發光體。在處理安裝有發光裝置之PCB期間，包封可能會意外地經移除。圖11顯示具有用來降低包封受損或經移除之風險之額外特徵的發光裝置具體例。圖11顯示在安裝至PCB之前處於晶片層級之發光裝置1100。發光裝置1100包括發光體1102、含有功能層翼1106之功能層1104、接點1108、反射器1110、效用層1112及第二反射器1116(諸如白漆)。
發光裝置1100進一步包括黏著元件1118，其可附加至功能層及/或第二反射器1116之一部分，例如附加至功能層翼1106之底側、在第二反射器1116下方，且可經配置以使發光裝置連接至封裝基板(諸如包含電子元件之基板，諸如PCB)。在一些具體例中，黏著元件1118包括在室溫及在發光裝置1100之操作溫度下穩定但在用於將發光裝置安裝至電子元件(諸如PCB)之溫度下流動的聚合物。此顯示於下圖12。
圖12顯示類似於前述圖11中之發光裝置1100之發光裝置1200，其中使用相似的元件編號來指示相似特徵。發光裝置1200包括發光體1102、包含功能層翼1106之功能層1104、接點1108、反射器1110、效用層1112、第二反射器1116(諸如白漆)、及黏著元件1118。於透過金屬跡線1204將發光裝置1200安裝至PCB 1202後，可 使黏著元件1118流動而將發光裝置1200之功能層翼1004連接至PCB 1202。此可將功能層翼1106機械固定至PCB 1202，因此提高處理穩固性。
雖然本發明已參照其之特定較佳組態詳細說明，但可能存在其他型式。本發明之具體例可包括各種圖中所示之相容特徵的任何組合，且此等具體例不應受限於彼等經明確圖解說明及論述者。因此，本發明之精神及範疇不應受限於上述型式。
前述說明意欲涵蓋歸屬在如於隨附申請專利範圍中明確說明之本發明精神及範疇內的所有修改及替代構造，其中揭示內容之所有部分若未經陳述於申請專利範圍中，則不欲明示或暗示地呈獻給公眾領域。
100‧‧‧發光裝置
102‧‧‧發光體
104‧‧‧頂表面
105‧‧‧底表面
106‧‧‧側表面
108‧‧‧功能層
110‧‧‧功能層翼
112‧‧‧偏離距離
114‧‧‧接點
116‧‧‧反射器

Claims (16)

  1. 一種發光裝置，其包括：含有頂部發射表面及至少一個側發射表面的發光體；位在該發光體之表面上的一或多個接點；及位在該發光體上之功能層，該功能層係經配置使得自該頂部發射表面及該至少一個側發射表面發射之光通過實質上相似的功能層厚度，其中，該功能層與該一或多個接點係被隔開一偏離距離。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該功能層包括波長轉換層，且其中該波長轉換層與自該發光體發射之光交互作用，使得該發光裝置產生白光。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該功能層包括延伸橫向部分。
  4. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其進一步包括位在該功能層上之第一效用層。
  5. 如申請專利範圍第4項之發光裝置，其進一步包括位在該第一效用層上之第二效用層。
  6. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其進一步包括反射器。
  7. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其進一步包括第二反射器。
  8. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其進一步包括經設置以利於將發光裝置連接至封裝基板之黏著元件。
  9. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其進一步包括：封裝基板，其中該發光裝置係連接至該封裝基板。
  10. 一種發光裝置，其包括：發光體；位在該發光體之表面上的一或多個接點；及位在該發光體上之功能層，該功能層包括延伸超出該發光體之覆蓋區的延伸橫向部分，其中該延伸橫向部分係經塗布反射性材料。
  11. 一種製造發光裝置之方法，該方法包括以下步驟：提供黏著層；將發光體壓入該黏著層中以產生一功能層偏離距離；以功能層材料塗布該發光體；及使該發光體自該黏著層釋放。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，該功能層材料形成延伸橫向部分。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包括將該經釋放之發光體轉移至黏性支撐層之步驟。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包括在使該發光體自該黏著層釋放之前用第一效用層塗布該發光體之步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其進一步包括在使該發光體自該黏著層釋放之前將第二效用層附加至該第一效用層之步驟。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其進一步包括在使該發光體自該黏著層釋放之前將剛性框架結構附加至該第一效用層之步驟。
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